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有机胺催化下的亚胺的合成

有机化学

 由 X-MOL发布于 2015-11-14

[序曲]

小师妹从老板的办公室回到实验室,一进门就急匆匆的问:“大师兄,大师兄,老板让我用醛酮和胺合成亚胺,这实验怎么做呀?”“简单,简单,你把醛酮和胺溶解在甲苯里,再加点儿酸,加热回流就成啦。”大师兄正在忙着过柱子,头也没抬,匆匆答到。“哦,加点儿酸...”小师妹正在犯嘀咕呢,二师兄凑了过来,解释到:“对,要加酸催化,一般用对甲苯磺酸或者樟脑磺酸,加0.1当量就够啦。”“那能不能用碱催化亚胺的合成呢?”小师妹随口一问。“没听说过!!”大师兄和二师兄异口同声脱口而出,这倒是吓了小师妹一跳。不过,有着可以害死猫的好奇心的小师妹并没有急于开始做实验,而是坐在电脑前打开了Scifinder。一番鼠标点击和文献搜索后,小师妹一边打印文献,一边自言自语道:“谁说只能用酸作催化剂的?这不是有机胺也可以催化亚胺的合成么。”听到小师妹这么一说,大师兄和二师兄都放下了手头的工作,满腹狐疑的凑了过来想要一探究竟。这一看不要紧,小师妹还真没说错,以四氢吡咯(pyrrolidine)作为催化剂合成亚胺的方法学报道就出现在小师妹刚刚打印出来发表在《J. Am. Chem. Soc.》的文献上。


[正文]

来自西班牙马德里自治大学有机化学系的研究人员Ruano和Cid等人在《J. Am. Chem.Soc.》报道了一种普遍适用并且高效的合成醛亚胺的方法。在这种新方法中,研究人员前所未有的应用四氢吡咯(pyrrolidine)这一有机胺作为催化剂将醛和一系列含有NH2官能团的化合物转化为相对应的醛亚胺。而在此之前,亚胺合成经典方法中所应用的催化剂通常是酸或作为Lewis酸的金属离子。

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这一新方法的实验操作简便,只需要将等当量的醛和含有NH2官能团的化合物溶解于二氯甲烷,然后加入0.1当量的催化剂四氢吡咯(pyrrolidine)和作为吸水剂的4Å分子筛,再于封管中加热到60ºC。反应通常需要进行1~5小时。由于反应的转化率和产率高(通常高于80%),在反应完成后,只需要通过短硅胶柱或硅藻土,过滤除去催化剂四氢吡咯(pyrrolidine)和吸水剂4Å分子筛即可得到产物。


这一新方法的另一优点是具有普适性,可以广泛的应用于制备含有不同种类取代基团的醛亚胺。作为起始原料之一的醛,可以是脂肪醛,也可以是芳香醛。芳香基上无论含有吸电子基团还是给电子基团,都不会影响芳香醛的反应性。在一系列含有NH2官能团的化合物中,除了在有机合成中应用最为广泛的手性亚磺酰胺(sulfinamide)以外,磺酰胺(sulfonamide)、次磷酰胺(phosphinicamide)、一级芳香胺和一级脂肪胺等也可应用于这种合成醛亚胺的新方法中。

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通过分析和研究这一新合成方法的反应机理,研究人员提出作为催化剂的四氢吡咯(pyrrolidine)首先与起始原料醛反应生成中间体亚铵离子I。此后,再由另一起始原料含有NH2官能团的化合物与亚铵离子I发生亲核加成反应,得到中间体VII。最后,中间体VII经过四元环过渡态消除生成最终产物醛亚胺,同时释放出的催化剂四氢吡咯(pyrrolidine)可以参加到下一个反应循环中。


这一有机合成方法学研究成果发表于J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1082-1089. DOI: 10.1021/ja4111418


[终曲]

师兄妹三人看完这篇文献,在赞叹之余也七嘴八舌的讨论起来。大师兄评论道:“方法确实新颖,不过催化剂要加0.1当量,有点儿多呀。要是能找到活性更高的催化剂,降低用量就更好啦。”二师兄觉得:“虽然方法的普适性已经很好了,不过还是局限于醛亚胺的合成。要是能找到有机催化合成酮亚胺的方法,我也能发JACS。”咦,小师妹怎么不吱声了?小师妹呀,她赶紧照着新方法去投反应啦。


http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja4111418

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